JP2005116402A - Starting method of fuel cell system - Google Patents

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JP2005116402A JP2003351043A JP2003351043A JP2005116402A JP 2005116402 A JP2005116402 A JP 2005116402A JP 2003351043 A JP2003351043 A JP 2003351043A JP 2003351043 A JP2003351043 A JP 2003351043A JP 2005116402 A JP2005116402 A JP 2005116402A
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Inventor
Shinichi Makino
眞一 牧野
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Nissan Motor Co Ltd
日産自動車株式会社
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce concentration of hydrogen gas when the hydrogen gas leaked from the fuel electrode side to the oxidant electrode side is discharged outside of the system while preventing deterioration and corrosion of the electrode catalyst at the starting of a fuel cell system. <P>SOLUTION: In S1 (step 1), supply of hydrogen gas to the fuel electrode is started. As the flow rate of hydrogen gas increases, the voltage of the fuel cell increases by the oxygen remaining in the oxidant electrode 3. In the S2 (step 2), when the voltage has become a first prescribed value in which the voltage promotes corrosion and deterioration of the catalyst, the switch is closed and loading is connected. In the S3 (step 3), when the voltage has dropped to a second prescribed value smaller than the first prescribed value, supply of air is started to the oxidant electrode. In the S4 (step 4), a compressor and an air pressure control valve are controlled and the flow rate of air is controlled so that the fuel cell voltage may be maintained within the first and the second prescribed values. In the S5 (step 5), when it is judged that the fuel electrode side is uniformly replaced by a fuel gas, the amount of hydrogen and the amount of air in the normal generation status are supplied and a load current at the time of normal operation is taken out. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムの起動方法に関する。   The present invention relates to a method for starting a fuel cell system.
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。   In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidizing gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, solid polymer fuel cells using solid polymer electrolytes are attracting attention as power sources for electric vehicles because of their low operating temperature and easy handling.
固体高分子型燃料電池やリン酸型燃料電池においては、燃料極及び酸化剤極に設けられた電極触媒の活性度が発電性能に大きく影響する。そして、燃料電池の起動時に無負荷状態となると、負荷電流による酸化剤極への電子供給が無くなり酸化剤極が燃料極に対して高電位に曝されるので、酸化剤極の白金触媒微粒子の粗大化や白金触媒を担持するカーボン材料の酸化が急速に進み、触媒活性の低下や触媒担持体の腐食が生じるという問題点があった。   In solid polymer fuel cells and phosphoric acid fuel cells, the activity of the electrode catalyst provided on the fuel electrode and the oxidant electrode greatly affects the power generation performance. When the fuel cell is in a no-load state at the start of the fuel cell, the supply of electrons to the oxidant electrode due to the load current is lost, and the oxidant electrode is exposed to a high potential with respect to the fuel electrode. There has been a problem that coarsening and oxidation of the carbon material supporting the platinum catalyst proceed rapidly, resulting in a decrease in catalyst activity and corrosion of the catalyst support.
この問題点に対処するため、特許文献1記載の燃料電池の起動方法においては、システム起動時に、まず燃料極側に燃料ガスのみ供給し、燃料極側が燃料ガスで十分に置換された後、酸化剤極側への酸化剤ガス供給と外部負荷接続を同時に行い、無負荷状態での高電圧状態を避け、酸化剤極側の触媒層の腐食・劣化を抑制するとともに、燃料ガス不足による燃料極側の触媒層の腐食・劣化を抑制しようとしている。しかしながら、このような起動方法では、前回の停止から時間が経ち、拡散等によって酸化剤極側に酸素が存在していた場合、燃料ガスの供給とともに、触媒劣化が発生するような高電圧状態となってしまう。   In order to cope with this problem, in the method for starting a fuel cell described in Patent Document 1, when the system is started, first, only the fuel gas is supplied to the fuel electrode side, and after the fuel electrode side is sufficiently replaced with the fuel gas, the oxidation is performed. The oxidant gas supply to the oxidant electrode side and external load connection are performed at the same time, avoiding the high voltage state in the no-load state, suppressing the corrosion and deterioration of the catalyst layer on the oxidant electrode side, and the fuel electrode due to insufficient fuel gas It is trying to suppress the corrosion and deterioration of the catalyst layer on the side. However, in such a start-up method, when time has passed since the previous stop and oxygen is present on the oxidizer electrode side due to diffusion or the like, a high voltage state in which catalyst deterioration occurs along with the supply of fuel gas is established. turn into.
それに対して、特許文献2記載の燃料電池の起動方法では、起動時における無負荷状態の高電圧を避けるために、供給する燃料ガスと酸化剤ガスの流量を増加方向に制御するとともに、予備的な負荷を用いて電圧を所定値に制御して、触媒層の劣化を抑制する方法が知られている。
特開平9−120830号公報(第3頁、図1) 特公平7−063020号公報(第3頁、図3)
On the other hand, in the starting method of the fuel cell described in Patent Document 2, in order to avoid a high voltage in the no-load state at the time of starting, the flow rates of the supplied fuel gas and oxidant gas are controlled in an increasing direction, and preliminary A method is known in which the voltage is controlled to a predetermined value using a simple load to suppress the deterioration of the catalyst layer.
JP-A-9-120830 (page 3, FIG. 1) Japanese Patent Publication No. 7-063020 (page 3, Fig. 3)
先述したように、特許文献1記載の技術では、前回の停止から時間が経ち、拡散等によって酸化剤極側に酸素が存在していた場合、燃料ガスの供給とともに、触媒劣化が発生するような高電圧状態となるという問題点があった。   As described above, in the technique described in Patent Document 1, when time passes from the previous stop and oxygen is present on the oxidizer electrode side due to diffusion or the like, catalyst deterioration occurs with the supply of fuel gas. There was a problem that it became a high voltage state.
また、特許文献2記載の技術のように、燃料ガス及び酸化剤ガスを同時に供給し、負荷を接続して、電圧を抑制する方法を取ると、常に電圧が立ち、電流が流れることになる。その場合、外部の蓄電池の容量や抵抗の発熱等により電圧抑制能力が制限されるという問題点があった。   Further, as in the technique described in Patent Document 2, when the method of supplying the fuel gas and the oxidant gas at the same time and connecting the load to suppress the voltage is used, the voltage always rises and the current flows. In that case, there is a problem that the voltage suppression capability is limited by the capacity of the external storage battery, the heat generation of the resistance, and the like.
そこで、まず燃料ガスを供給して、酸化剤極側の残酸素によって発生する電圧が触媒の劣化を促進する電圧に達した時点で予備負荷を接続する。そして、酸化剤極側の酸素の消費とともに低下する電圧に合わせて、取り出す負荷を調整し、燃料極側が燃料ガスに置換されるのを待った後、酸化剤ガスを供給するとともに負荷を接続する上記二つを組み合わせた方法を取ることができる。このようにすると、高電圧状態を避けることができるとともに、常に負荷を取る必要がないので、外部の蓄電池や抵抗の発熱等の制限が緩和される。   Therefore, first, the fuel gas is supplied, and the preliminary load is connected when the voltage generated by the residual oxygen on the oxidizer electrode side reaches the voltage that promotes the deterioration of the catalyst. Then, the load to be taken out is adjusted in accordance with the voltage that decreases with the consumption of oxygen on the oxidant electrode side, and after waiting for the fuel electrode side to be replaced with the fuel gas, the oxidant gas is supplied and the load is connected. You can take a combination of the two. In this way, a high voltage state can be avoided and it is not necessary to always take a load, so that restrictions such as heat generation of an external storage battery and a resistor are eased.
しかしながら、上記のような起動方法では、燃料極側から酸化剤極側へクロスリークしてくる水素は、酸素が存在する間は触媒表面上で酸素と反応し消費されるが、酸素が欠乏してきた場合(電圧が低下してきた場合)、クロスリークしてきた水素は酸化剤極側に蓄積してくる。この状態で、起動を続行し酸化剤極側へ酸化剤ガスを供給した場合、システム外部へ酸化剤ガスの排気とともに排出される水素濃度が高くなってしまうという問題点が生じる。   However, in the start-up method as described above, hydrogen that cross-leaks from the fuel electrode side to the oxidant electrode side reacts with oxygen on the catalyst surface while oxygen is present, but is consumed. In the case (when the voltage decreases), the hydrogen that has crossed leaks accumulates on the oxidizer electrode side. In this state, when the start-up is continued and the oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side, there arises a problem that the hydrogen concentration discharged together with the oxidant gas exhaust to the outside of the system becomes high.
本発明は、上記問題点を解決するため、燃料極に供給された水素と酸化剤極に供給された酸素との電気化学反応により発電する燃料電池本体から電力を負荷へ供給する燃料電池システムの起動方法において、酸化剤極への酸化剤ガス供給を遮断しかつ燃料電池本体と負荷との接続を遮断した状態で、燃料極へ燃料ガスの供給を開始する第1ステップと、燃料電池本体の電圧が第1の所定値以上になった場合に、燃料電池本体と負荷とを接続する第2ステップと、燃料電池本体の電圧が第1の所定値より小さい第2の所定値以下になった場合に、酸化剤極に酸化剤ガスの供給を開始する第3ステップと、を備えたことを要旨とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel cell system that supplies power to a load from a fuel cell body that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen supplied to a fuel electrode and oxygen supplied to an oxidant electrode. In the starting method, the first step of starting the supply of the fuel gas to the fuel electrode in a state where the supply of the oxidant gas to the oxidant electrode and the connection between the fuel cell body and the load are cut off, The second step of connecting the fuel cell main body and the load when the voltage is equal to or higher than the first predetermined value, and the voltage of the fuel cell main body is equal to or lower than the second predetermined value which is smaller than the first predetermined value. And a third step of starting supply of the oxidant gas to the oxidant electrode.
本発明によれば、燃料電池システムの起動時における燃料極と酸化剤極との電圧を酸化剤極触媒の劣化や腐食に至る電圧以下に制御することができるという効果がある。   According to the present invention, there is an effect that the voltage between the fuel electrode and the oxidant electrode at the time of starting the fuel cell system can be controlled to be equal to or lower than the voltage that causes deterioration or corrosion of the oxidant electrode catalyst.
また、燃料電池システムの起動時に燃料極側から酸化剤極側へクロスリークする水素を消費することができ、酸化剤ガスの供給開始とともにシステム外部へ排出される水素濃度を許容限度以下に低減することができるという効果がある。   In addition, hydrogen that cross leaks from the fuel electrode side to the oxidant electrode side can be consumed when the fuel cell system is started, and the concentration of hydrogen discharged to the outside of the system when the supply of the oxidant gas is reduced to an allowable limit or less. There is an effect that can be.
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、特に限定されないが以下の各実施例は、燃料電池車両に好適な燃料電池システムの起動方法である。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Although not particularly limited, each of the following embodiments is a fuel cell system activation method suitable for a fuel cell vehicle.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例1が適用される燃料電池システム1の構成を説明するシステム構成図である。実施例1は請求項1から請求項4に相当する。この燃料電池システムは、燃料ガスとして水素ガス、酸化剤ガスとして空気を用いる一般的な構成である。   FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating a configuration of a fuel cell system 1 to which a first embodiment of a method for starting a fuel cell system according to the present invention is applied. The first embodiment corresponds to claims 1 to 4. This fuel cell system has a general configuration using hydrogen gas as fuel gas and air as oxidant gas.
図1において、燃料電池システム1は、酸化剤極3と燃料極4とを有する燃料電池本体2と、酸化剤極3の入口に空気を供給するコンプレッサ5と、酸化剤極3の出口から排出される空気量を調整することにより酸化剤極の圧力を調整する空気圧力調整弁6と、高圧水素ガスを貯蔵する水素タンク7と、高圧水素ガスの圧力を運転状態に応じた圧力に調整する水素圧力調整弁8と、水素圧力調整弁で圧力調整された新規水素ガスと燃料極4から排出されたガスとを混合して燃料極4に供給するエゼクタ9と、燃料極4から外部へ燃料ガスを放出するパージ弁10と、燃料極4から排出された燃料ガスをエゼクタ9の吸込口へ再循環させる水素循環経路11と、燃料電池本体2と負荷装置14との電気的接続を開閉(接続・遮断)するスイッチ12と、燃料電池本体2から負荷装置14へ供給される電流を測定する電流計13と、燃料電池本体2が発電した電力を消費する負荷装置14と、燃料電池本体2の電圧を測定する電圧計15と、燃料電池システム1を制御するコントローラ16とを備えている。   In FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a fuel cell main body 2 having an oxidant electrode 3 and a fuel electrode 4, a compressor 5 that supplies air to the inlet of the oxidant electrode 3, and an exhaust from the outlet of the oxidant electrode 3. An air pressure adjusting valve 6 that adjusts the pressure of the oxidizer electrode by adjusting the amount of air that is generated, a hydrogen tank 7 that stores high-pressure hydrogen gas, and the pressure of the high-pressure hydrogen gas is adjusted to a pressure according to the operating state. A hydrogen pressure adjustment valve 8, an ejector 9 that mixes the new hydrogen gas pressure-adjusted by the hydrogen pressure adjustment valve and the gas discharged from the fuel electrode 4, and supplies the fuel electrode 4 to the fuel. The electrical connection between the purge valve 10 for releasing the gas, the hydrogen circulation path 11 for recirculating the fuel gas discharged from the fuel electrode 4 to the suction port of the ejector 9, and the fuel cell body 2 and the load device 14 is opened and closed ( Connect / cut off switch 2, an ammeter 13 that measures the current supplied from the fuel cell body 2 to the load device 14, a load device 14 that consumes the power generated by the fuel cell body 2, and a voltage that measures the voltage of the fuel cell body 2 A total 15 and a controller 16 for controlling the fuel cell system 1 are provided.
燃料電池車両の場合、燃料電池本体2が発電した電力を消費する負荷装置14は、車両駆動モータに供給する電力を制御する電力制御装置及び蓄電池等である。   In the case of a fuel cell vehicle, the load device 14 that consumes the power generated by the fuel cell main body 2 is a power control device, a storage battery, or the like that controls the power supplied to the vehicle drive motor.
燃料電池本体2と負荷装置14とを接続するスイッチ12は、メカニカルなスイッチやリレーでもよいが、サイリスタ、IGBT、MOSFETなどの半導体スイッチ、またはメカニカルなスイッチと半導体スイッチとを直列接続した開閉手段でもよい。   The switch 12 that connects the fuel cell body 2 and the load device 14 may be a mechanical switch or a relay, but may also be a semiconductor switch such as a thyristor, IGBT, or MOSFET, or an opening / closing means that connects a mechanical switch and a semiconductor switch in series. Good.
また、図示していないが、発電にともなう燃料電池本体2の発熱を冷却する冷却水経路と冷却水圧送ポンプと冷却水放熱装置(ラジエター)を備えている。   Moreover, although not shown in figure, the cooling water path | route which cools the heat_generation | fever of the fuel cell main body 2 accompanying electric power generation, the cooling water pressure feed pump, and the cooling water heat radiating device (radiator) are provided.
コントローラ16には、電流計13及び電圧計15の検出信号が接続され、燃料電池本体2の電圧値を検知するとともに、燃料電池本体2から負荷装置14へ供給される電流値を検知できるようになっている。   Detection signals of the ammeter 13 and the voltmeter 15 are connected to the controller 16 so that the voltage value of the fuel cell body 2 can be detected and the current value supplied from the fuel cell body 2 to the load device 14 can be detected. It has become.
また、コントローラ16は、コンプレッサ5,空気圧力調整弁6,水素圧力調整弁8,パージ弁10、及びスイッチ12に対して制御信号を出力して、燃料電池システム起動時のシーケンスを制御するとともに、通常運転時のシステム制御を行うものである。   The controller 16 outputs a control signal to the compressor 5, the air pressure adjustment valve 6, the hydrogen pressure adjustment valve 8, the purge valve 10, and the switch 12 to control the sequence at the time of starting the fuel cell system. System control is performed during normal operation.
さらに、コントローラ16は、酸化剤極3への酸化剤ガス(空気)供給を遮断しかつ燃料電池本体2と負荷装置14との接続を遮断した状態で、燃料極4へ燃料ガス(水素)の供給を開始する第1ステップと、燃料電池本体1の電圧が第1の所定値以上になった場合に、燃料電池本体2と負荷装置14とを接続する第2ステップと、燃料電池本体2の電圧が第1の所定値より小さい第2の所定値以下になった場合に、酸化剤極3に酸化剤ガスの供給を開始する第3ステップとを含む燃料電池システムの起動方法を実行する制御装置である。   Further, the controller 16 shuts off the supply of the oxidant gas (air) to the oxidant electrode 3 and disconnects the connection between the fuel cell main body 2 and the load device 14 and supplies the fuel gas (hydrogen) to the fuel electrode 4. A first step of starting supply, a second step of connecting the fuel cell main body 2 and the load device 14 when the voltage of the fuel cell main body 1 exceeds a first predetermined value, Control for executing a method for starting the fuel cell system, including a third step of starting supply of the oxidant gas to the oxidant electrode 3 when the voltage becomes equal to or less than a second predetermined value which is smaller than the first predetermined value. Device.
尚、特に限定されないが、本実施例におけるコントローラ16は、CPU、CPUが実行する制御プログラム及び制御用データを記憶したROM、作業用のRAM、及び入出力インタフェースを備えたマイクロプロセッサで構成されている。そして、燃料電池システムの起動時の制御及び通常運転時の制御は、CPUが制御プログラムを実行することにより実現されている。   Although not particularly limited, the controller 16 in this embodiment includes a CPU, a ROM storing a control program executed by the CPU and control data, a working RAM, and a microprocessor having an input / output interface. Yes. And control at the time of starting of a fuel cell system and control at the time of normal operation are realized when CPU runs a control program.
次に、上記構成の燃料電池システムの作用を説明する。   Next, the operation of the fuel cell system configured as described above will be described.
通常運転時には、水素タンク7からの高圧水素ガスが水素圧力調整弁12によって適正な圧力に調圧制御されたのち、燃料電池本体2に供給される。燃料電池本体2へは発電に必要以上の水素ガスを供給する必要があり、燃料電池本体2からは反応に寄与しなかった水素ガスが排出され、燃費向上を計るため、エゼクタ9を用いて、再利用をしている。さらに、水素ガスは閉ループで循環しているため、燃料極4と水素循環経路11とを含む燃料ガス循環系に窒素等の不純物の蓄積が起こり、燃料電池の性能低下の原因となる。そこで、パージ弁10を開いて、不純物が蓄積した燃料ガスを外部へ排出する。   During normal operation, the high-pressure hydrogen gas from the hydrogen tank 7 is regulated to an appropriate pressure by the hydrogen pressure regulating valve 12 and then supplied to the fuel cell body 2. It is necessary to supply more hydrogen gas than necessary for power generation to the fuel cell main body 2, and hydrogen gas that has not contributed to the reaction is discharged from the fuel cell main body 2. Reusing. Furthermore, since hydrogen gas circulates in a closed loop, accumulation of impurities such as nitrogen occurs in the fuel gas circulation system including the fuel electrode 4 and the hydrogen circulation path 11, which causes a reduction in fuel cell performance. Therefore, the purge valve 10 is opened to discharge the fuel gas in which impurities are accumulated to the outside.
また、コンプレッサ5から発電に必要以上の空気を燃料電池本体2に供給し、燃料電池本体2の酸化剤極3の下流にある空気圧力調整弁6によって空気極の圧力を制御する。   Further, air more than necessary for power generation is supplied from the compressor 5 to the fuel cell main body 2, and the pressure of the air electrode is controlled by the air pressure adjusting valve 6 downstream of the oxidant electrode 3 of the fuel cell main body 2.
次に、図1乃至図3を参照して、本発明に係る燃料電池システムの起動手順について説明する。   Next, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, the starting procedure of the fuel cell system which concerns on this invention is demonstrated.
図2は、本発明による図1に記載した燃料電池システムの起動時における水素流量、燃料電池電圧、空気流量、負荷電流、酸化剤極側の水素蓄積量の時間経過を示すタイムチャートである。燃料電池システムの起動開始前の初期状態では、コンプレッサ5は停止し、空気圧力調整弁6,水素圧力調整弁8及びパージ弁10は、それぞれ閉じた状態にあり(空気圧力調整弁6,パージ弁10は閉でなくても構わない。)、燃料電池本体2と負荷装置14との間のスイッチ12は開(遮断)状態にある。   FIG. 2 is a time chart showing the passage of time of the hydrogen flow rate, the fuel cell voltage, the air flow rate, the load current, and the hydrogen accumulation amount on the oxidizer electrode side when the fuel cell system shown in FIG. 1 is started according to the present invention. In the initial state before starting the fuel cell system, the compressor 5 is stopped, and the air pressure adjustment valve 6, the hydrogen pressure adjustment valve 8 and the purge valve 10 are closed (air pressure adjustment valve 6, purge valve). 10 may not be closed.) The switch 12 between the fuel cell main body 2 and the load device 14 is in an open (cut-off) state.
まず起動の第1ステップ(以下、図2では第iステップをSi(i=1〜5)と略す)では、水素圧力調整弁8を徐々に開くとともにパージ弁10も開いて、燃料電池本体2の燃料極4に水素ガスの供給を開始する。これにより、図2(a)に示すように、水素ガスの供給量が増加し、水素ガス流量の増加に従って酸化剤極3に残っている酸素によって、図2(b)に示すように燃料電池本体2の電圧が立ち上がる。   First, in the first step of activation (hereinafter, the i-th step in FIG. 2 is abbreviated as Si (i = 1 to 5)), the hydrogen pressure adjusting valve 8 is gradually opened and the purge valve 10 is also opened. The supply of hydrogen gas to the fuel electrode 4 is started. As a result, as shown in FIG. 2A, the supply amount of hydrogen gas increases, and as the hydrogen gas flow rate increases, the oxygen remaining in the oxidizer electrode 3 causes the fuel cell as shown in FIG. The voltage of the main body 2 rises.
第2ステップ(S2)では、燃料電池の電圧が触媒の腐食・劣化を促進する第一の所定値(例えば一セルあたり0.8V)になった時に、燃料電池本体2と負荷装置14とを接続するスイッチ12を閉じることで負荷電流が流れる。この負荷装置は固定抵抗や蓄電池などである。酸化剤極3側の酸素が負荷電流の供給により消費されるに従い、燃料電池電圧が低下していく。また、燃料極4側から酸化剤極3側へクロスリークする水素が酸化剤極3の酸素量の低下とともに、酸化剤極3側へ蓄積し始める。   In the second step (S2), when the voltage of the fuel cell reaches a first predetermined value (for example, 0.8 V per cell) that promotes corrosion and deterioration of the catalyst, the fuel cell body 2 and the load device 14 are connected. A load current flows by closing the switch 12 to be connected. The load device is a fixed resistor or a storage battery. As the oxygen on the oxidizer electrode 3 side is consumed by supplying the load current, the fuel cell voltage decreases. Further, hydrogen that cross leaks from the fuel electrode 4 side to the oxidant electrode 3 side starts to accumulate on the oxidant electrode 3 side as the oxygen amount of the oxidant electrode 3 decreases.
第3ステップ(S3)では、燃料電池電圧が第一の所定値より小さい第二の所定値(例えば転極が生じない一セルあたり0.3V)まで降下してきたら、コンプレッサ5を起動するとともに空気圧力調整弁6を開くことにより、酸化剤極3に空気の供給を開始する。   In the third step (S3), when the fuel cell voltage drops to a second predetermined value smaller than the first predetermined value (for example, 0.3 V per cell where no inversion occurs), the compressor 5 is started and air is discharged. By opening the pressure regulating valve 6, supply of air to the oxidizer electrode 3 is started.
第4ステップ(S4)では、空気の供給とともに、再度燃料電池電圧が上昇してくるため、燃料電池電圧が第一及び第二の所定値の範囲以内に保たれるように、コンプレッサ5及び空気圧力調整弁6を制御して空気流量を制御する。   In the fourth step (S4), the fuel cell voltage rises again with the supply of air, so that the compressor 5 and the air are kept so that the fuel cell voltage is kept within the range of the first and second predetermined values. The air flow rate is controlled by controlling the pressure regulating valve 6.
第5ステップ(S5)では、燃料極側が燃料ガスで均一に置換されたと判断した場合、パージ弁10を閉止し、通常発電状態の水素量と空気量とを供給するとともに、負荷装置から通常運転時の負荷電流取り出しを実施する。これで起動シーケンスを終了し、以後通常発電状態となる。   In the fifth step (S5), when it is determined that the fuel electrode side is uniformly replaced with the fuel gas, the purge valve 10 is closed, the hydrogen amount and the air amount in the normal power generation state are supplied, and the normal operation is performed from the load device. To take out the load current at the time. This completes the start-up sequence, and then the normal power generation state is entered.
図3は、本実施例におけるコントローラ16による起動手順を更に詳細に説明するフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart for explaining the startup procedure by the controller 16 in this embodiment in more detail.
まず、S10において、起動開始前の初期状態が示されている。初期状態では、コンプレッサ5は停止し、空気圧力調整弁6,水素圧力調整弁8及びパージ弁10は、それぞれ閉じた状態にあり、燃料電池本体2と負荷装置14との間を開閉するスイッチ12は開(遮断)状態にある(空気圧力調整弁6,パージ弁10は閉でなくても構わない。)。   First, in S10, an initial state before the start of activation is shown. In the initial state, the compressor 5 is stopped, the air pressure regulating valve 6, the hydrogen pressure regulating valve 8 and the purge valve 10 are closed, and the switch 12 opens and closes between the fuel cell body 2 and the load device 14. Is in an open (shut-off) state (the air pressure adjusting valve 6 and the purge valve 10 may not be closed).
燃料電池システム起動の最初のステップであるS12では、コントローラ16から水素圧力調整弁8に対して所定圧力まで水素圧力調整弁8を開く信号を出力するとともに、パージ弁10を開いて、水素圧力調整弁8から燃料極4へ水素の供給を開始する(図2のS1に相当)。これにより、水素ガス流量の増加するに従って、燃料極に供給された水素と酸化剤極3に残っている酸素によって、燃料電池本体2の電圧が立ち上がる。   In S12, which is the first step of starting the fuel cell system, the controller 16 outputs a signal for opening the hydrogen pressure adjustment valve 8 to a predetermined pressure to the hydrogen pressure adjustment valve 8, and opens the purge valve 10 to adjust the hydrogen pressure. Hydrogen supply from the valve 8 to the fuel electrode 4 is started (corresponding to S1 in FIG. 2). Thereby, as the hydrogen gas flow rate increases, the voltage of the fuel cell main body 2 rises due to the hydrogen supplied to the fuel electrode and the oxygen remaining in the oxidant electrode 3.
次いでコントローラ16は、S14において、電圧計15から燃料電池の電圧値を読み込み、S16では、燃料電池の電圧値が触媒の腐食・劣化を始める虞が生じる第一の所定値V1(例えば一セルあたり0.8V)を超えたか否かを判定する。   Next, the controller 16 reads the voltage value of the fuel cell from the voltmeter 15 in S14. In S16, the controller 16 reads the first predetermined value V1 (for example, per cell) that may cause the catalyst to start corroding or deteriorating. 0.8V) is determined.
S16の判定で、電圧値が第一の所定値V1を超えていなければ、S14へ戻る。   If it is determined in S16 that the voltage value does not exceed the first predetermined value V1, the process returns to S14.
S16の判定で、電圧値が第一の所定値V1を超えていれば、S18へ進み、スイッチ12を閉じて、燃料電池本体2と負荷装置14を接続する(図2のS2に相当)。これにより、燃料電池本体2から負荷装置14へ負荷電流が流れる。このときの負荷は固定抵抗や蓄電池などである。負荷電流の供給により酸化剤極3側の酸素が消費されるに従い、燃料電池電圧が低下する。また、燃料極4側から酸化剤極3側へクロスリークする水素が酸化剤極3の酸素量の低下とともに、酸化剤極3側へ蓄積し始める。   If it is determined in S16 that the voltage value exceeds the first predetermined value V1, the process proceeds to S18, the switch 12 is closed, and the fuel cell body 2 and the load device 14 are connected (corresponding to S2 in FIG. 2). Thereby, a load current flows from the fuel cell main body 2 to the load device 14. The load at this time is a fixed resistor or a storage battery. As the oxygen on the oxidant electrode 3 side is consumed by the supply of the load current, the fuel cell voltage decreases. Further, hydrogen that cross leaks from the fuel electrode 4 side to the oxidant electrode 3 side starts to accumulate on the oxidant electrode 3 side as the oxygen amount of the oxidant electrode 3 decreases.
次いでコントローラ16は、S20において、電圧計15から燃料電池の電圧値を読み込み、S22では、燃料電池の電圧値が第一の所定値V1より小さい第二の所定値V2(例えば、転極が生じない一セルあたり0.3V)未満となったか否かを判定する。   Next, the controller 16 reads the voltage value of the fuel cell from the voltmeter 15 in S20, and in S22, the voltage value of the fuel cell is a second predetermined value V2 that is smaller than the first predetermined value V1 (for example, inversion occurs). It is determined whether or not it is less than 0.3 V per cell.
S22の判定で、電圧値が第二の所定値V2以上であれば、S20へ戻る。   If it is determined in S22 that the voltage value is equal to or greater than the second predetermined value V2, the process returns to S20.
S22の判定で、電圧値が第二の所定値V2未満であれば、S24へ進み、コンプレッサ5を起動するとともに、空気圧力調整弁6の開度制御を始めることにより、酸化剤極3に空気の供給を開始する(図2のS3に相当)。この空気の供給とともに、再度燃料電池本体2の電圧が上昇してくる。   If it is determined in S22 that the voltage value is less than the second predetermined value V2, the process proceeds to S24, the compressor 5 is started, and the opening control of the air pressure regulating valve 6 is started, so that the oxidant electrode 3 has air. Is started (corresponding to S3 in FIG. 2). Along with the supply of air, the voltage of the fuel cell main body 2 rises again.
次いでコントローラ16は、S26で経過時間の計測を開始する。   Next, the controller 16 starts measuring elapsed time in S26.
次いで、コントローラ16は、S28において、電圧計15から燃料電池の電圧値を読み込み、S30では、燃料電池の電圧値が前記第一の所定値V1(例えば一セルあたり0.8V)を超えたか否かを判定する。S30の判定で、電圧値が第一の所定値V1を超えていなければ、S34へ進む。S30の判定で、電圧値が第一の所定値V1を超えていれば、S32へ進む。S32では、コンプレッサ5の回転速度を低下すると共に空気圧力調整弁6を調整する制御を行って、酸化剤極3への空気供給量を減少して、S38へ進む。   Next, the controller 16 reads the voltage value of the fuel cell from the voltmeter 15 in S28, and whether or not the voltage value of the fuel cell exceeds the first predetermined value V1 (for example, 0.8 V per cell) in S30. Determine whether. If it is determined in S30 that the voltage value does not exceed the first predetermined value V1, the process proceeds to S34. If it is determined in S30 that the voltage value exceeds the first predetermined value V1, the process proceeds to S32. In S32, control is performed to reduce the rotational speed of the compressor 5 and adjust the air pressure regulating valve 6 to reduce the amount of air supplied to the oxidant electrode 3, and the process proceeds to S38.
S34では、燃料電池の電圧値が前記第二の所定値V2(例えば一セルあたり0.3V)未満となったか否かを判定する。S34の判定で、電圧値が第二の所定値V2以上であれば、S38へ進む。S34の判定で、電圧値が第二の所定値V2未満であれば、S36へ進む。S36では、コンプレッサ5の回転速度を上昇すると共に空気圧力調整弁6を調整する制御を行って、酸化剤極3への空気供給量を増加して、S38へ進む。   In S34, it is determined whether or not the voltage value of the fuel cell is less than the second predetermined value V2 (for example, 0.3 V per cell). If it is determined in S34 that the voltage value is equal to or greater than the second predetermined value V2, the process proceeds to S38. If it is determined in S34 that the voltage value is less than the second predetermined value V2, the process proceeds to S36. In S36, the rotation speed of the compressor 5 is increased and the air pressure regulating valve 6 is controlled to increase the amount of air supplied to the oxidant electrode 3, and the process proceeds to S38.
S38では、所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間経過していなければ、S28へ戻る。S38の判定で用いる所定時間は、予め実験的に求めておいた燃料極4側水素ガス通路及び水素循環経路11を含む燃料ガス循環路内のガス置換に必要な時間である。   In S38, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed. If the predetermined time has not elapsed, the process returns to S28. The predetermined time used in the determination in S38 is a time necessary for gas replacement in the fuel gas circulation path including the fuel electrode 4 side hydrogen gas path and the hydrogen circulation path 11 which has been experimentally obtained in advance.
以上のS28からS38までを繰り返すループでは、空気の供給とともに、再度燃料電池電圧が上昇してくるため、燃料電池電圧が第一及び第二の所定値の範囲以内に保たれるように、コンプレッサ5及び空気圧力調整弁6を制御して空気流量を制御する(図2のS4に相当)。   In the loop in which the above steps S28 to S38 are repeated, the fuel cell voltage rises again as air is supplied, so that the compressor is maintained so that the fuel cell voltage is maintained within the first and second predetermined values. 5 and the air pressure regulating valve 6 are controlled to control the air flow rate (corresponding to S4 in FIG. 2).
S38の判定で、所定時間経過していれば、燃料極4及び水素循環経路11を含む燃料極側の通路が均一に燃料ガスである水素で置換されたとして、パージ弁10を閉じて、通常発電状態の水素量と空気量とを供給するとともに、負荷装置から通常運転時の負荷電流取り出しを実施する(図2のS5に相当)。これで起動シーケンスを終了し、以後通常発電状態となる。   If it is determined in S38 that the predetermined time has elapsed, it is assumed that the fuel electrode side passage including the fuel electrode 4 and the hydrogen circulation path 11 has been uniformly replaced with hydrogen as the fuel gas, and the purge valve 10 is closed, While supplying the hydrogen amount and air amount in the power generation state, the load current is extracted from the load device during normal operation (corresponding to S5 in FIG. 2). This completes the start-up sequence, and then the normal power generation state is entered.
次に、比較例として、従来の起動手順を図4、図5を用いて説明する。以下の各比較例における燃料電池システムの構成は、図1に示した実施例1と同様である。   Next, as a comparative example, a conventional startup procedure will be described with reference to FIGS. The configuration of the fuel cell system in each of the following comparative examples is the same as that of Example 1 shown in FIG.
図4に示す比較例1では、S1’において、水素ガス、空気を同時に供給開始する。次いで、S2’において、燃料電池の電圧が触媒の腐食を促進する所定値になった時に、負荷装置を接続することで電流が流れる。S2’からS5’の間で燃料電池電圧が触媒の腐食を促進する所定値以下になるように負荷電流の取り出しを続ける。次いで、S5’で燃料極側が燃料ガスで均一に置換されたと判断した場合、通常発電状態の水素量と空気量の供給と通常運転時の負荷電流取り出しを実施する。S5’以降では、通常発電を行う。   In Comparative Example 1 shown in FIG. 4, supply of hydrogen gas and air is started simultaneously in S <b> 1 ′. Next, in S2 ', when the voltage of the fuel cell reaches a predetermined value that promotes corrosion of the catalyst, a current flows by connecting the load device. The load current is continuously taken out between S2 'and S5' so that the fuel cell voltage becomes equal to or lower than a predetermined value that promotes corrosion of the catalyst. Next, when it is determined in S5 'that the fuel electrode side has been uniformly replaced with the fuel gas, supply of the hydrogen amount and air amount in the normal power generation state and load current extraction during normal operation are performed. After S5 ', normal power generation is performed.
図5に示す比較例2では、S1”において、水素ガスのみを供給開始する。次いで、S2”において、燃料電池の電圧が触媒の劣化や腐食を促進する所定値になった時に、負荷装置を接続することで電流が流れる。次いで、S2”からS5”の間で酸化剤極側の酸素が発電消費されるに従い、電圧が低下していく。また、燃料極側から酸化剤極側へクロスリークしてくる水素の蓄積量は増加していく。次いで、S5”において、燃料極側が燃料ガスで均一に置換されたと判断した場合、通常発電状態の水素量と空気量の供給と負荷電流取り出しを実施する。S5”以降では、通常発電を行う。   In Comparative Example 2 shown in FIG. 5, supply of only hydrogen gas is started in S1 ″. Next, in S2 ″, when the voltage of the fuel cell reaches a predetermined value that promotes catalyst deterioration and corrosion, the load device is turned on. By connecting, current flows. Next, the voltage decreases as oxygen on the oxidizer electrode side is generated and consumed between S2 ″ and S5 ″. In addition, the amount of accumulated hydrogen that cross leaks from the fuel electrode side to the oxidant electrode side increases. Next, in S5 ″, when it is determined that the fuel electrode side is uniformly replaced with the fuel gas, supply of the hydrogen amount and air amount in the normal power generation state and load current extraction are performed. After S5 ″, normal power generation is performed.
次に、比較例と比較して本実施例の効果を説明する。   Next, the effect of the present embodiment will be described in comparison with the comparative example.
図4で説明した比較例1の起動手順では、S2’〜S5’において、水素ガスと空気が常に供給されており、燃料電池の電圧を触媒の劣化や腐食が促進されない状態に維持するためには、負荷電流を取り出し続ける必要があり、外部の蓄電池の容量や固定抵抗の発熱を考慮に入れる必要がある。しかし、常に酸化剤極側に空気が供給されているため、酸化剤極側に水素は蓄積しない。   In the start-up procedure of Comparative Example 1 described in FIG. 4, hydrogen gas and air are always supplied in S2 ′ to S5 ′, so that the voltage of the fuel cell is maintained in a state in which catalyst deterioration and corrosion are not promoted. Therefore, it is necessary to continue taking out the load current, and it is necessary to take into account the capacity of the external storage battery and the heat generation of the fixed resistance. However, since air is always supplied to the oxidant electrode side, hydrogen does not accumulate on the oxidant electrode side.
図5で説明した比較例2の起動手順では、S2”〜S5”において酸化剤極側に水素蓄積量が大きいため、S5”での空気供給開始とともにシステム外部へ高水素濃度の排気が排出されるという欠点がある。しかし、S2”〜S5”において酸化剤極側の残酸素が消費されてしまうと、負荷電流を取り出す必要がないため、外部蓄電池の容量や固定抵抗の発熱による制限が緩和される。   In the start-up procedure of Comparative Example 2 described in FIG. 5, since the hydrogen accumulation amount is large on the oxidizer electrode side in S2 ″ to S5 ″, the high hydrogen concentration exhaust gas is discharged to the outside of the system at the start of air supply in S5 ″. However, if the residual oxygen on the oxidizer electrode side is consumed in S2 ″ to S5 ″, it is not necessary to take out the load current, so the restrictions due to the heat generation of the capacity of the external storage battery and the fixed resistance are relaxed. Is done.
それに対して、本発明の実施例1では、図2で説明したS4にて、燃料電池の電圧を触媒の劣化や腐食が生じない範囲内に収めるように、空気供給量を制御することで、常に負荷電流を取り出し続ける必要がなく、さらに、燃料極側から酸化剤極側へクロスリークしてくる水素を消費することができるので、外部蓄電池の容量や固定抵抗の発熱による制限が緩和されるだけでなく、S5の通常の空気流量の供給開始とともに、システム外部へ排出される水素濃度を低減することができるという効果がある。   On the other hand, in Example 1 of the present invention, in S4 described with reference to FIG. 2, by controlling the air supply amount so that the voltage of the fuel cell is within a range in which the catalyst is not deteriorated or corroded, There is no need to constantly take out the load current, and furthermore, hydrogen that cross-leaks from the fuel electrode side to the oxidant electrode side can be consumed, so the restrictions due to heat generation of the capacity of external storage battery and fixed resistance are eased. In addition to the normal supply of air flow in S5, the concentration of hydrogen discharged to the outside of the system can be reduced.
次に、本発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例2を説明する。実施例2は請求項5に相当する。燃料電池システムの起動方法の実施例2が適用される燃料電池システムの構成及びその起動方法は、図1に示した実施例1とほぼ同様である。   Next, a second embodiment of the starting method of the fuel cell system according to the present invention will be described. The second embodiment corresponds to the fifth aspect. The configuration of the fuel cell system to which the second embodiment of the starting method of the fuel cell system is applied and the starting method thereof are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIG.
実施例2が実施例1と異なる点は、燃料電池本体2を構成する全ての単セルの燃料極側が燃料ガス(水素)で均一に置換されたと判断する第5ステップのために、例えば、すべての単セルのセル電圧を検出するセル電圧検出装置を設け、各セルの電圧をモニタしてセル電圧の偏差が所定以下となったことで燃料極側が燃料ガスで均一に置換されたと判断していることである。   The second embodiment differs from the first embodiment in that, for example, the fifth step of determining that the fuel electrode side of all the single cells constituting the fuel cell main body 2 is uniformly replaced with the fuel gas (hydrogen) is used. A cell voltage detection device that detects the cell voltage of each single cell is monitored, and the voltage of each cell is monitored to determine that the fuel electrode side has been uniformly replaced with fuel gas when the cell voltage deviation is less than or equal to a predetermined value. It is that you are.
また、燃料極出口付近に水素濃度センサを設け、燃料極出口から排出される排水素ガス中の水素濃度を監視することにより、燃料極側が燃料ガスで均一に置換されたと判断することもできる。   Further, by providing a hydrogen concentration sensor in the vicinity of the fuel electrode outlet and monitoring the hydrogen concentration in the exhaust hydrogen gas discharged from the fuel electrode outlet, it can be determined that the fuel electrode side is uniformly replaced with the fuel gas.
本実施例によれば、燃料極側が燃料ガスで均一に置換された後に、通常運転時の負荷電流を出力させるため、燃料ガスの不足による燃料極側の触媒腐食を避けることができる。   According to this embodiment, since the load current during normal operation is output after the fuel electrode side is uniformly replaced with the fuel gas, the catalyst corrosion on the fuel electrode side due to the shortage of the fuel gas can be avoided.
次に、本発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例3を説明する。実施例3は請求項6及び請求項7に相当する。燃料電池システムの起動方法の実施例2が適用される燃料電池システムの構成及びその起動方法は、図1に示した実施例1とほぼ同様である。   Next, a third embodiment of the starting method of the fuel cell system according to the present invention will be described. The third embodiment corresponds to claims 6 and 7. The configuration of the fuel cell system to which the second embodiment of the starting method of the fuel cell system is applied and the starting method thereof are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIG.
図6は、本実施例における酸化剤極の酸素分圧と燃料電池電圧との関係の温度依存性を説明する図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining the temperature dependence of the relationship between the oxygen partial pressure of the oxidant electrode and the fuel cell voltage in the present embodiment.
酸化剤極中の酸素分圧と電圧は、一般に次に示す(1)式のようになる。   The oxygen partial pressure and voltage in the oxidizer electrode are generally given by the following equation (1).
(数1)
E={(RT)/(2F)}ln(P) …(1)
ここで、P:酸素分圧、T:燃料電池の運転温度(絶対温度)、E:燃料電池電圧、F:ファラデー定数、R:気体定数である。
(Equation 1)
E = {(RT) / (2F)} ln (P) (1)
Here, P: oxygen partial pressure, T: fuel cell operating temperature (absolute temperature), E: fuel cell voltage, F: Faraday constant, R: gas constant.
つまり、燃料電池の電圧は、運転温度が高いほど、酸素分圧が高いほど高くなる。この式を定性的に示すと図6のようになる。このグラフは3点の異なる温度別(T1<T2<T3)に酸素分圧と燃料電池の電圧との関係を示したものである。これからわかるように、電圧をある所定範囲内(図6では、E1〜E2の範囲)にするための酸素分圧の範囲は、温度T1、T2、T3では、それぞれΔP1、ΔP2、ΔP3となる。そして、これらの大小関係は、ΔP1>ΔP2>ΔP3となり、温度が高ければ高いほど、一定の電圧範囲を維持する為の酸素分圧の範囲は狭くなる。言い換えると、電圧変化における酸素分圧の感度は高温ほど高くなる。   That is, the voltage of the fuel cell increases as the operating temperature increases and the oxygen partial pressure increases. This equation is shown qualitatively as shown in FIG. This graph shows the relationship between the oxygen partial pressure and the fuel cell voltage at three different temperatures (T1 <T2 <T3). As can be seen, oxygen partial pressure ranges for setting the voltage within a predetermined range (in the range of E1 to E2 in FIG. 6) are ΔP1, ΔP2, and ΔP3 at temperatures T1, T2, and T3, respectively. These magnitude relationships are ΔP1> ΔP2> ΔP3, and the higher the temperature, the narrower the oxygen partial pressure range for maintaining a certain voltage range. In other words, the sensitivity of the oxygen partial pressure in the voltage change increases as the temperature increases.
そこで、本実施例においては、図1には図示しない燃料電池の温度センサを設け、この温度センサで検出した燃料電池の内部温度を使用して、燃料電池システムの起動制御を行う。即ち、温度センサが検出した燃料電池内部温度が高い場合は、実施例1のS4における供給空気量の制御量の変化率を小さくすることで、酸素分圧の変化率を小さくすることができるので、燃料電池本体の電圧値を所定範囲内に制御しやすくなる。これとは逆に、燃料電池内部温度が低い場合は、供給空気量の変化率を大きくすることで、酸素分圧の変化率を大きくできるので、燃料電池本体の電圧値を所定範囲内に制御しやすくなる。   Therefore, in this embodiment, a fuel cell temperature sensor (not shown) is provided in FIG. 1, and the start-up control of the fuel cell system is performed using the internal temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor. That is, when the temperature inside the fuel cell detected by the temperature sensor is high, the rate of change of the oxygen partial pressure can be reduced by reducing the rate of change of the control amount of the supply air amount in S4 of the first embodiment. It becomes easy to control the voltage value of the fuel cell body within a predetermined range. On the contrary, when the internal temperature of the fuel cell is low, the rate of change of the oxygen supply pressure can be increased by increasing the rate of change of the supply air amount, so the voltage value of the fuel cell body is controlled within a predetermined range. It becomes easy to do.
また、本発明では通常運転時より少流量の空気量を制御して、燃料電池電圧を所定範囲に収める必要があるため、精密な空気流量制御が必要である。通常発電時に使用するコンプレッサまたはブロア等で空気の小流量の制御が困難であれば、起動用に別途小流量制御可能なポンプを備えたり、オリフィスを通った空気のみを燃料電池本体に供給したりすることで、正確な流量制御が可能である。   Further, in the present invention, since it is necessary to control the amount of air at a smaller flow rate than in normal operation and to keep the fuel cell voltage within a predetermined range, precise air flow control is required. If it is difficult to control a small flow rate of air with a compressor or blower normally used for power generation, a separate pump that can control the small flow rate is provided for startup, or only air that has passed through the orifice is supplied to the fuel cell body. By doing so, accurate flow rate control is possible.
本発明に係る燃料電池システムの起動方法が適用される燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system to which a fuel cell system activation method according to the present invention is applied. FIG. 実施例1の燃料電池システムの起動方法を説明するタイムチャートである。2 is a time chart for explaining a starting method of the fuel cell system according to the first embodiment. 実施例1の起動方法の詳細を説明するフローチャートである。3 is a flowchart illustrating details of a start-up method according to the first embodiment. 比較例1の燃料電池システムの起動方法を説明するタイムチャートである。6 is a time chart for explaining a starting method of the fuel cell system of Comparative Example 1; 比較例2の燃料電池システムの起動方法を説明するタイムチャートである。6 is a time chart for explaining a starting method of the fuel cell system of Comparative Example 2. 実施例3における酸化剤極の酸素分圧と燃料電池電圧との関係の温度依存性を説明する図である。It is a figure explaining the temperature dependence of the relationship between the oxygen partial pressure of the oxidant electrode in Example 3, and a fuel cell voltage.
符号の説明Explanation of symbols
1…燃料電池システム
2…燃料電池本体
3…酸化剤極
4…燃料極
5…コンプレッサ
6…空気圧力調整弁
7…水素タンク
8…水素圧力調整弁
9…エゼクタ
10…パージ弁
11…水素循環経路
12…スイッチ
13…電流計
14…負荷装置
15…電圧計
16…コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 2 ... Fuel cell main body 3 ... Oxidant electrode 4 ... Fuel electrode 5 ... Compressor 6 ... Air pressure adjustment valve 7 ... Hydrogen tank 8 ... Hydrogen pressure adjustment valve 9 ... Ejector 10 ... Purge valve 11 ... Hydrogen circulation path 12 ... Switch 13 ... Ammeter 14 ... Load device 15 ... Voltmeter 16 ... Controller

Claims (7)

  1. 燃料極に供給された水素と酸化剤極に供給された酸素との電気化学反応により発電する燃料電池本体から電力を負荷装置へ供給する燃料電池システムの起動方法において、
    酸化剤極への酸化剤ガス供給を遮断しかつ燃料電池本体と負荷装置との接続を遮断した状態で、燃料極へ燃料ガスの供給を開始する第1ステップと、
    燃料電池本体の電圧が第1の所定値以上になった場合に、燃料電池本体と負荷装置とを接続する第2ステップと、
    燃料電池本体の電圧が第1の所定値より小さい第2の所定値以下になった場合に、酸化剤極に酸化剤ガスの供給を開始する第3ステップと、
    を備えたことを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
    In a starting method of a fuel cell system for supplying electric power to a load device from a fuel cell main body that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen supplied to a fuel electrode and oxygen supplied to an oxidant electrode,
    A first step of starting the supply of the fuel gas to the fuel electrode in a state where the supply of the oxidant gas to the oxidant electrode and the connection between the fuel cell main body and the load device are cut off;
    A second step of connecting the fuel cell main body and the load device when the voltage of the fuel cell main body exceeds a first predetermined value;
    A third step of starting the supply of the oxidant gas to the oxidant electrode when the voltage of the fuel cell body becomes equal to or lower than a second predetermined value which is smaller than the first predetermined value;
    A method for starting a fuel cell system, comprising:
  2. 前記第3ステップの後に、燃料電池本体の電圧が所定範囲となるように、酸化剤極に供給する酸化剤ガスの供給量を制御する第4ステップを備えたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システムの起動方法。   2. The fourth step of controlling the amount of oxidant gas supplied to the oxidant electrode so that the voltage of the fuel cell main body falls within a predetermined range after the third step. Method of starting the fuel cell system.
  3. 前記第4ステップにおいて、燃料電池本体の電圧が前記第1の所定値以上になった場合、酸化剤ガス供給量を減少させることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システムの起動方法。   3. The method for starting a fuel cell system according to claim 2, wherein, in the fourth step, when the voltage of the fuel cell main body becomes equal to or higher than the first predetermined value, the supply amount of the oxidant gas is decreased.
  4. 前記第4ステップにおいて、燃料電池本体の電圧が前記第2の所定値以下になった場合、酸化剤ガス供給量を増加させることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システムの起動方法。   3. The method of starting a fuel cell system according to claim 2, wherein, in the fourth step, when the voltage of the fuel cell main body becomes equal to or lower than the second predetermined value, the supply amount of the oxidant gas is increased.
  5. すべての単セルの燃料極側が燃料ガスで均一に置換されたと判断した場合に、燃料ガスの供給、酸化剤ガスの供給及び負荷装置を通常運転状態に制御する第5ステップを備えたことを特徴とする請求項2乃至請求項4の何れか1項に記載の燃料電池システムの起動方法。   A fifth step of controlling the supply of the fuel gas, the supply of the oxidant gas, and the load device to the normal operation state when it is determined that the fuel electrode side of all the single cells is uniformly replaced with the fuel gas is provided. The start method of the fuel cell system according to any one of claims 2 to 4.
  6. 燃料電池本体の内部温度が所定温度より高い場合には、前記酸化剤ガス供給量を減少または増加させる際の変化率を所定変化率より小さくすることを特徴とする請求項2乃至請求項4の何れか1項に記載の燃料電池システムの起動方法。   5. The change rate according to claim 2, wherein when the internal temperature of the fuel cell main body is higher than a predetermined temperature, the rate of change when decreasing or increasing the supply amount of the oxidant gas is made smaller than the predetermined rate of change. The start method of the fuel cell system of any one of Claims 1.
  7. 燃料電池本体の内部温度が所定温度より低い場合には、前記酸化剤ガス供給量を減少または増加させる際の変化率を所定変化率より大きくすることを特徴とする請求項2乃至請求項4の何れか1項に記載の燃料電池システムの起動方法。   5. The method according to claim 2, wherein when the internal temperature of the fuel cell body is lower than a predetermined temperature, the rate of change when decreasing or increasing the supply amount of the oxidant gas is made larger than the predetermined rate of change. The start method of the fuel cell system of any one of Claims 1.
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